第七讲 海洋环流
《大洋环流》课件
大洋环流的形成原因
1 热力驱动原因
区域温度的差异引起水的 密度变化，产生大气对大 洋水体的加热或冷却，从 而引发大洋环流。
2 风力驱动原因
地球表面地形和气压变化 改变了风的方向和速度， 形成了一些区域性的、周 期性或暂时性的洋流。
3 密度驱动原因
溶质、温度、盐度等因素 经过调节造成水的密度变 化，导致大洋环流形成。
大洋环流
在地球几乎70%的表面上，有着广阔的海洋，大洋环流是其中的一个重要组成 部分。人类利用大洋环流进行了丰富的海洋文化建设、物资经济管理、海洋 环保投入等海洋科技研究和大气环流研究。
《大洋环流》PPT课件
大洋环流是地球上重要的水循环系统之一，通过气候、风、地球自转等多种 因素的作用，影响着我们所生活的世界。
地球大洋环流分类
表面大洋环流
由气候、地球自转和风力作用形成，负责在热带和 亚热带的海域之间循环。
深层大洋环流
海水深度达到3000米以下的地球内部环流，与表面 大气和海洋运动形成独立循环系统。
大洋环流的观测和研究方法
浮标观测技术
通过浮标的轨迹及其温、盐度数据来研究探险对象的运动特征，航海器和浮标之间能够时刻 保持联络。
卫星遥感技术
利用卫星遥感技术获取目标海域的海水表面温度、盐度等多种信息，研究对象的运动规律， 并结合气象数据分析气候变化。
计算机模拟方法
通过计算机建立复杂的海洋环流模型，进行数值模拟和预测，可模拟和探索各种气候、天气 及海洋相关的科学问题。
大洋环流对气候的影响
1
大气环流的形成和变化
2
大气环流与大洋环流密切相关，大洋环
流与海洋转运和气候变化有关。
3
全球热量输送
大洋环流作为水-气交换的重要载体，将 能量有效输送到全球各地，制约着气候 变化的趋势。
高中地理：从大规模海水运动的分布特征看环境变化
高中地理：从大规模海水运动的分布特征看环境变化地球上70%以上的面积被海洋所覆盖，而海洋又是地球上重要的自然资源之一，研究海洋及其运动对于我们了解地球环境变化的过程以及预测未来的环境趋势有着至关重要的意义。
本文旨在通过从大规模海水运动的分布特征来看环境变化的过程，来进行探究。
一、海洋环流与海水运动海洋环流分为大气驱动和海洋驱动两种，其中大气驱动主要是指由大气系统对海洋系统的驱动作用。
而海洋驱动主要是指由海洋的密度和热盐传输等因素共同作用下产生的运动。
海水运动是海洋环流的表观表现，分为水平和垂直两个方向。
水平运动主要包括洋流和风浪运动等，而垂直运动则包括上升和深下等。
海水运动是海洋环境变化的核心特征之一。
由于海洋环流的运动状态一直在发生变化，其运动状态的不断变化对海洋生态系统的稳定性也产生了影响。
这种影响必须得到正确的掌握和评估，才能对环境变化做出更好的预测和应对。
二、大规模海水运动的分布特征1、近岸海洋的洋流特征近岸海洋的洋流特点是由海岸线、地球自转、大气环流、季节变化等多种因素的共同作用而形成的。
同时，洋流又受到地形、海洋性质、地球表面温度等因素的影响。
在北半球，冰岛低气压、贝林海岸西风、亚洲大陆低气压等天气系统对于近岸洋流产生了很大的影响。
同时，季节性的台风、飓风等气候现象也会对洋流的分布和运动产生重要的影响。
2、大洋洋流的分布特征大洋洋流的分布特征一般可以分为热带、中纬度和极地三个区域。
热带海洋洋流一般呈圆周状，流速较慢，形成了较为稳定的闭环环流。
中纬度海洋洋流一般呈锯齿状，沿着海洋中纬线南北运动。
极地海洋洋流主要以赤道南ward的流为主，而且北半球和南半球也呈镜像对称关系。
三、大规模海水运动的环境变化大规模海水运动的变化会对环境产生很大的影响。
比如，长期以来靠近赤道的海洋地区形成的海面暖池，其海水温度比周围海域高出数度，也成了海洋生物的富集区。
但是，当海水运动发生变化时，海面暖池就会发生变化，导致一些热带海洋物种的数量的要随之减少。
海洋学：第七章 大洋环流
45 az
• 其中：
a 2 sin
Kz
V0
y 2Kz sin
： 二、受力分析与调整过程
surface
摩擦力与科氏力平衡
100-200 meters depth
： 三、空间结构
V0eaz 45 az
• 表层流速最大，流向偏于 风向的右方45度；
• 随深度增加，流速逐渐减 小，流向逐渐右偏；
界流等； • 按运动方向：上升流，下降流； • 按海流温度与周围海水温度差异分:寒流，
暖流等
大洋表层环流
California Current
Gulf Stream
回顾：大洋边界流的温度特性
二、影响和引起海水运动的力
牛顿第二定律
Mass Acceleration Force
dv F
dt
• 引起海水运动的力： 重力，压强梯度力，风应力，引潮力，火
三、海水动力学方程
• 运动方程：牛顿二定律
F
ma
m
dV dt
• 速度V是时间和空间的函数，即V=V(x,y,z,t) • 实质微商：
dV V V dx V dy V dz V u V v V w V
dt t x dt y dt z dt t x y z
三、海水动力学方程
垂直尺度：几十到几百米 三维流动，水平显著，垂直方向相当微弱。
(为什么呢？) 有些海流沿垂直方向流动：上升流、下降流
潮流是不是海流呢？
海流的单位： 海流是矢量.
流速大小，单位为m/s； 流流向量：单为位：“S去v向er”dr，up地(S理V)=方10位6 角m3/表s 示，向流速北* 流 记为0，向东90。（风来流去）
2、压强梯度力：
环流知识点总结
环流知识点总结一、环流的概念和特点环流是指一定区域内，大气或海洋中的气体或水体按照一定的规律和方向进行的循环流动。
环流现象是地球上大气和海洋运动的重要形式之一，它的存在对气候和天气有着重要的影响。
环流在大气中和海洋中都存在，它在不同的尺度上表现出不同的特点和规律。
在大气环流中，常以大尺度的纬向环流和经向环流为主，而在海洋中，则以全球性的热带季风环流和季风环流最为突出。
环流具有明显的季节性变化和年际变化，季节性变化主要受到太阳辐射和地球自转等因素的影响，而年际变化则受到太平洋厄尔尼诺现象等因素的影响。
二、大气环流1. 大尺度气旋环流大尺度的气旋环流是指地球上较大范围内以气旋形式进行的环流，包括副热带高压和副热带低压、极地气旋和副极地气旋等。
副热带高压是世界上一些干旱地区的原因之一，而副热带低压则是一些风暴和降水的主要来源。
2. 大尺度的气流垂直环流大尺度的气流垂直环流是指地球上大范围内，在垂直方向上进行的环流，包括热带对流层气流、副热带沉降气流和极地气流等。
热带对流层气流是地球上气候变化的主要形式之一，而副热带沉降气流则是某些气候区域产生干旱的重要原因。
3. 大尺度的地转风环流地球自转产生的科里奥利力会对大气环流产生一定的影响，使得大气环流在地转风的作用下呈现出一定的特性。
这种特性主要表现在风的偏向性和旋转性上。
4. 大尺度的海陆风环流大尺度的海陆风环流是指由陆地和海洋上的温度差异所产生的气流环流，主要表现为白天的海风和夜间的陆风。
海陆风的产生对于当地的气温和湿度有着重要的影响，特别是在沿海地区和岛屿上。
三、海洋环流1. 热带季风环流全球的热带季风环流是指由太阳在热带地区引起的气温差异所产生的海洋环流。
这种环流对气候和天气有着重要的影响，特别是在印度洋和西太平洋地区。
2. 季风环流全球的季风环流是指由地球自转和大陆与海洋之间的温差所产生的海洋环流。
这种环流主要表现在陆地和海洋上，对当地的气候和风向有着重要的影响，特别是在亚洲大陆和非洲大陆上。
海洋环流复习
z
z
U 0
0
y
u 0
0
y
z
u 0 z
H
z
L
U 0
H u 0 z
y
u g
为什么流速强？
z f y
46
第六节 泰勒-普劳德曼定理
• 涡度方程中如果运动达到定常状态，同时外力作用可以
忽略（大尺度运动），斜压项为0（正压流体）：
•
忽略相对涡dd度t0a ： a
u
a
u
p 2
F
f
u
加纳利上升流系统
普遍存在
V U
安哥拉海流
印度洋的季风与环流
南赤道流都有 印度洋不会到达赤道以北 赤道上有夏季西南季风流 冬季东北赤道 流 太、西在赤道以北 冬季赤道逆流只有 一条 西边界夏季索马里海流
南部的环流型，在总的特征上与南太平洋和南大西洋 的环流型相似，而北部则为季风型环流，冬夏两半年 环流方向相反。
阿古拉斯海流
• 位于30°S以南，世界上最强的海流之一，季节变 化较小
• 平均流速1.6 m/s，最大可达2.5 m/s • 流量31°S约为70 Sv，向南逐渐增加，35°S达到
95～135 Sv • 存在上升流，与风应力无关，而与等温线倾斜程
度有关
非洲南岸存在着
强大的西向阿古
拉斯海流，根据
热成风关系南半
(
du
2
u)
p
F
dt
科氏力总是和
离心力包含在
运动方向垂直
有势力里面
旋转坐标系下的运动方程和非旋转坐标系下的方程
相比，多了惯性力项，特别是科氏力的出现，使得 旋转坐标系下的运动更具特点
《大洋环流》PPT课件
北顺南逆 东寒西暖
〔3〕南半球高纬度海区： 西风漂流〔向东流〕 南极环流〔向西流〕
洋流分布规律
(1) 中低纬海区：以 __副__热__带___为中心， 北顺___ 南_逆___ ，大洋东_寒___ 西_暖___。
(2) 中高纬海区：以 _副__极___地___为中心， 北半球：逆___时针，大洋东_暖___ 西_寒___； 南半球：西___风__漂__流__和___南__极___环__流。
暖流
200C 150C 100C
南半球 暖流
由等温线可判：
1、半球 北半球 (1月) 2、季节
3、海陆 4、洋流
北半球(7月)
探索 暖流的水温一定比寒流高吗？
阿拉 斯 加
流暖
3、按成因分类
风海流：受盛行风影响形成 密度流：受海水盐度影响形成
补偿流
由于风或密度差异使海区 海水流出后，相邻海区的
海水来补充形成的
漂流瓶 思考:漂流瓶经过哪些洋流?
2、世界洋流分布规律
例1：读上图，完成： (1)在图中的两幅海水等温线图中，虚线表示洋流，以 下表达中，不正确的选项是 A.①是暖流，位于北半球 B.②是暖流，位于南半球 C.①②均向北流动 D.①位于大陆东岸，②位于大陆西岸
2、世界洋流分布规律
例1：读上图，完成：
密度流
补偿流
密度流
直布罗陀海峡两侧海水盐度剖面及海水流向
海洋水体运动的主要动力是什么？运动方向 受哪些因素的影响？
二、洋流的形成
1、盛行风是海洋水体运动的主要动力。
在盛行风的吹拂下，海水向前漂流。
2、陆地形状和地转偏向力会影响洋流方向
海洋环流对气候的影响
海洋环流对气候的影响海洋环流是地球上的重要自然现象，涉及大洋水体的水平和垂直流动。
这些流动不仅调节着海洋内部的热量分布，还对全球气候产生深远的影响。
随着人类活动的增加和气候变化的加剧，理解海洋环流与气候之间的联系显得尤为重要。
一、什么是海洋环流？海洋环流可以定义为海洋中水体的连续运动，这种运动可以分为两大类：表层环流和深层环流。
表层环流主要受到风、地球自转及地形的影响，而深层环流则受到水温和盐度差异的驱动，其特点是较慢且较难观测。
1.1 表层环流表层环流通常发生在海洋的最顶部，受风力和地球自转（科里奥利效应）的影响。
例如，赤道附近的贸易风会推动海水向西方流动，从而形成赤道暖流。
这样的热流进一步影响其他区域的气候。
1.2 深层环流深层环流（又称热盐环流）主要受到水的密度差异驱动，即温度和盐度造成的密度变化。
这种密度差异导致冷水下沉，暖水上升，从而形成一种全球范围内的大型循环体系。
二、海洋环流如何影响气候？海洋环流不仅在热量转移上起着关键作用，同时也对降水模式、风带分布以及气候系统的整体稳定性产生影响。
2.1 热量输送海洋是地球上最大的热量储存库，表层海水通过环流将热量转移到不同地区。
例如，墨西哥湾暖流将热量从赤道地区运输到北大西洋，使得西欧地区气候相对温暖。
这种循环对全球气候系统至关重要。
2.2 降水模式环流对降水模式的影响主要体现在其热量分布不均所产生的蒸发和降水现象。
沿热带地区，大量蒸发使海洋水汽增加，随后随着空气运动，上升冷却形成降水。
这种过程在赤道上更加明显，因而赤道附近常年多雨，而一些大陆内陆地区则干旱少雨。
2.3 风带分布海洋环流还与大气循环相互作用，共同决定着全球风带分布。
根据反映热量分布的热输送指数，在高纬度地区，由于冷却作用增强，隆起气团推动大范围冷空气，而低纬度地区则持续接受太阳辐射，并形成上升运动，这导致了特定风带如信风、西风等形成，进而影响沿岸地区气候。
2.4 极端天气事件随着气候变化，加工温室气体增多，对海洋环流也产生了说明性影响，而这些变化可能导致极端天气事件频发。
地质地形知识：解析地球上的海洋环流
地质地形知识：解析地球上的海洋环流地球上的海洋环流是指海洋中水流的方向和速度。
由于海洋占地球表面积的71%，因此海洋环流对气候影响非常重要。
了解海洋环流可以帮助我们预测天气、理解世界上的海洋生命和优化渔业。
海洋环流主要分为两种：表层海洋环流和深层海洋环流。
表层海洋环流主要受到风、重力和海水密度的影响。
深层海洋环流则受到海水密度和海底地形的影响。
表层海洋环流是指海洋表面的水流动。
海洋表面的流动受到许多因素的影响，其中最重要的因素是气候和大气运动。
大气循环对海洋表面水流产生了直接的影响。
例如，西风带和赤道上空的热带气旋会产生经纬向和纬向的风。
这些风会推动海洋表面水流形成各种形状和大小的环流。
深层海洋环流是指海洋深部的水流动。
深层海洋环流是由海水密度不同而产生的；密度高的水沉入海底，密度低的水浮在海面上。
这些水流通过纵向混合和热盐循环等机制形成了深层海洋环流。
深层海洋环流起到了非常重要的作用，可以影响到全球的气候。
深层海洋环流包括大西洋环流和南方洋流。
大西洋环流是指从北大西洋向南大西洋的海水运动，影响到了全球气候。
南方洋流则是指南大洋中南极洲周围的冰冷海水向北大洋的流动。
南方洋流的形成与极地冰川和冰架融化有关。
海洋环流对气候的影响非常显著。
例如，北大西洋暖流可以使得欧洲地区的气温变暖，而南方洋流的影响则达到了整个南极洲地区。
海洋环流也对海洋生物起着非常重要的作用。
海洋环流可以将营养物质和能量传递给海洋生物，帮助它们生存。
海洋环流也可以控制海洋的盐度和温度，从而影响海洋生物的生态环境和生命的繁衍。
总之，地球上的海洋环流是非常复杂和多样的。
它直接影响了地球的气候和生态环境，对人类和自然生物都起着至关重要的作用。
了解海洋环流可以让我们更好地预测天气、理解世界上的海洋生态和保护海洋生物。
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第七讲海洋环流
海流的定义
•
•：对在广阔的空间、长期持续的海水运动取平均状态时，较大的流速就往往出现在细长延伸的海域中，海流即泛指该海域及其周围流速较快的那部分而言。
•习惯上将海流的水平运动分量称为海流，而其铅直分量称为上升流和下降流。
•大洋环流一般是指海域中的海流形成首尾相接相对独立的环流系统或体系
海水的运动
•基于其驱动机制，海流可分为两种基本流动：风生流和密度流
•风驱动的表层和近表层海流和密度驱动的次表层的海流
•风生海流涉及到10%的表层海洋
•对次表层海流我们知之甚少
海流的分类•
•
•
•
道流、东西边界流等
海流的描述方法
•描述方法：
拉格朗日方法——
欧拉方法——
•目前的研究中多采用欧拉方法来测量和描述海流
•海流流速单位为m/s，流向以地理方位角表示，指海水流去的方向，北向定义为00
影响海流的因素
•海水的流动同海水密度的分布关系密切。
•由于海水密度的分布基本上取决于水温的分布，所以有时可以根据水温的分布情况来确定海水流径的大体位置。
•举例说明？
海流的成因
•海流形成取决于三个驱动力的相互作用的结果：风应力、压强梯度力和科氏力
•风应力：由风产生的海面水分子和运动空气之间的摩擦力
•风应力可以驱动海流和海浪，风应力的大小与风速的平方成正比•热量→温度→密度→压强梯度力
•水平压强梯度力=（Pa-Pb）/x
•太阳和月球的引潮力引起的潮流，与大洋环流没有直接关系
海流运动规律•运动遵循海水的下列基本规律：
牛顿运动定律—运动方程
质量守恒定律—连续方程
边界条件和初始条件
海水运动方程
•单位质量的海水遵循牛顿第二定律•作用于海水上的力
引起运动的力：重力、压强梯度力、风应力、引潮力等
运动后产生的力：科氏力、摩擦力等•方程闭合乎？，线性乎？
∑=i F dt
V d G G
海水运动的最基本形式--地转流•水平压强梯度力与科氏力取得平衡时的定常流
动，称为地转流
•地转流是海水运动的最基本形式
密度流和倾斜流C F 密度小密度大
海面海面F
C 形成一个由外向里的地转流
形成一个由里向外的
地转流
地转流近似
•作用于海水的力除压强梯度力和科氏力外，还有如摩擦力、惯性力等。
•除边界层的大部分海域中，水平压强梯度力与科氏力大致处于地转平衡状态
•就海水长期平均的定常运动而言，可认为地转流近似成立
卫星高度计应用—动力学高度
地转流的流向？
风生Ekman 表层漂流••••
风向
Ekman漂流•
•从理论上讲，表面流向右偏离风向450，但实际上要小于该角度。
•深度增大时，流速迅速减小，流向相对于风矢量逐渐右偏
•当流速与表面流速方向相反对应的深度称为摩擦深度。
•Ekman层深度典型值20-60m,低纬度海区较大
•漂流的整体输送方向在顺着风应力方向向右偏转90度
Ekman流与大洋环流
Ekman输送和Ekman泵•Ekman输送使得海水在某些海域辐聚，另外某些海域辐散，从而在Ekman层底部产生铅直方向的速度，使海水流入或流出Ekman层，这种现象称为Ekman泵。
Ekmam漂流与上升流和下降流
上升流与下降流
•由Ekman漂流理论，与岸平行的风能导致岸边海水最大的辐聚或辐散，从而引起表层海水的下沉或下层海水的涌升
•上升流提高生物生产力，有利于渔业生产
•冷水上升将改变局地天气，易于形成海雾、大气稳定、少雨
•美国加利福尼亚和秘鲁沿岸是著名的上升流区
•
•
下图为海表温度图，可否看出上升
流？风向？
上升流与下降流•台风（热带气旋）经
过的海域表层观测到
“冷尾迹”（？）
•台风眼是一个低压中
心，风向如何？
低压
世界大洋环流
•什么驱动了世界大洋环流？
•风驱动？
•赤道逆流存在，西边界流强化？•太平洋的黑潮和大西洋的湾流
海面高度
世界大洋环流•Sverdrup（1947）说
明上层海洋环流与风应
力旋度有关
•Stommel（1948）说
明大洋环流的不对称性
与科氏力随纬度变化有
关
•Munk（1951）考虑大
洋边界的侧向摩擦力说
明了太平洋的西向强化
问题
•上述三人奠定了大洋环
流理论的基础
黑潮流系
•黑潮：从台湾南端到日本太平洋沿岸35ºN •黑潮续流：从35ºN到160ºE附近的海流
•北太平洋流：160ºE以东的海流
西向强化边界流—湾流（Gulf Stream）
西向强化—湾流（Gulf Stream）•
西向强化边界流—湾流（Gulf Stream）•
•
•
•
速可达2.5m/s，最大流
速偏于流轴左方，影响
深度可达海底
西向强化边界流—湾流（Gulf Stream）•
•
•
大洋中尺度涡
（mesoscale eddies）
•大洋中尺度涡
•世界大洋中尺度涡的动能分布极不均匀，例如在北大西洋和北太平洋西边界强流区，其动能约为东边界流区和弱流区的10倍
•中尺度涡的动能主要集中在表层，但它影响的深度极大，是一个深厚的系统
Ring formation (涡的形成)
暖涡和冷涡的形成
大洋中的中尺度涡
观测表明：湾流北部的暖涡一般呈顺时针旋转，而南部的冷涡逆时针旋转
世界大洋环流
赤道流系
•南北赤道流：与两半球信风带对应的分别为西向的南赤道流和北赤道流，亦称信风流
•赤道流是高温、高盐、高水色和透明度大为特征的流系。
赤道流系主要局限在表面以下到100~300m的上层，平均流速为0.25~0.75m/s
•印度洋的北赤道流主要受季风控制。
在赤道区域的风向以经向方向为主。
•赤道逆流：在南北信风流之间与赤道无风带（3º~10ºN）相对应的是一支向东运动的赤道逆流，流幅约300~500 km
•相对于赤道流而言，赤道逆流区具有高温低盐的特征
•赤道潜流：在太平洋南赤道流区赤道下方的温跃层内，有一支与赤道流方向相反由西向东的流动，宽约300km，最大流速达
1.5m/s，流轴心在海面下约100m
西边界流
•大洋西侧沿大陆坡从低纬到高纬的流，包括太平洋的黑潮与东澳流；大西洋的湾流与巴西流；印度洋的莫桑比克流
西风漂流
•与南北半球盛行西风带相对应的是自西向东的强盛的西风漂流•西风漂流包括：北太平洋流、北大西洋流和南半球的南极绕极流•在西风漂流区内存在着明显的温度经线方向梯度，这一梯度明显的区域称为大洋极锋
•在南北半球西风漂流区内，气旋活动频繁，海况恶劣，特别在南半球的冬季，有“咆哮45度”、“咆哮好望角”之称
东边界流
•太平洋的加利福尼亚流、秘鲁流
•大西洋的加纳利流、本格拉流
•印度洋的西澳流
上升流是东边界流海区的一个重要海洋水文特征，这是由于信风几乎常年沿岸吹。
•由于来自高纬海区的寒流，使上方的大气层结稳定，利于海雾形成，干旱少雨（为什么？）
极地环流•北冰洋中的环流
•南极海区环流
•东风环流与南极绕极流之间，由
于动力作用形成南极辐散带
（？），是广阔的上升流区
•东风环流与南极陆地间形成辐聚
下沉（？），是南极陆架表层水
下沉的动力学原因
副热带辐聚区
•在南北半球反气旋式大环流的中间海域，流速不定且流速很小，表层海水辐聚下沉，称为副热带辐聚区（？）•副热带辐聚区将大洋表层盐度最大、溶解氧含量较高的温暖表层水带到表层以下，称为次表层水
•该区具有世界大洋中最高的水色和最大的透明度，生产力最低，故有“海洋沙漠”之称
深海循环•
•
深海环流•
•
•
50。